3D打印技術(shù)應(yīng)用在中職教學(xué)中的改革探索

李光繞

引言

3D打印是一種基于數(shù)字模型，利用粘合劑材料逐層打印來塑造物體的快速原型技術(shù)。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，最大的區(qū)別是添加劑制造。目前，3D打印技術(shù)正從概念走向?qū)嵺`，點(diǎn)燃了第三次全球工業(yè)革命的導(dǎo)火索。作為我國(guó)制造業(yè)培養(yǎng)技術(shù)和管理人才的搖籃，3D打印技術(shù)在中等職業(yè)教育中的應(yīng)用具有十分廣闊的市場(chǎng)和前景[1]。過去，制造業(yè)是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，企業(yè)大多設(shè)在勞動(dòng)力成本較低的發(fā)展中國(guó)家，設(shè)計(jì)與生產(chǎn)線距離較遠(yuǎn)。這種長(zhǎng)期的發(fā)展不僅破壞了發(fā)展中國(guó)家的生態(tài)資源，而且限制了發(fā)展中國(guó)家對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家的設(shè)計(jì)，使其無法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，走上健康發(fā)展的道路。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，使得制造業(yè)從勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向人才密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型成為可能。設(shè)計(jì)線與生產(chǎn)線合二為一，產(chǎn)品可根據(jù)市場(chǎng)需求印刷。

一、3D打印技術(shù)在中職教學(xué)中應(yīng)用現(xiàn)狀分析

上世紀(jì)90年代，我國(guó)開始了3D打印技術(shù)的研究，中國(guó)是世界上第三個(gè)能夠自主發(fā)展加性制造業(yè)的國(guó)家。到目前為止，我國(guó)一些中等職業(yè)院校已經(jīng)開展了應(yīng)用3D打印技術(shù)的教學(xué)實(shí)踐[2]。職業(yè)教育中的3D打印將從實(shí)驗(yàn)階段走向成熟應(yīng)用階段，中職院校的寶貴經(jīng)驗(yàn)和成功經(jīng)驗(yàn)可以為中職教師在教學(xué)中正確應(yīng)用3D打印技術(shù)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)，避免不必要的資源和時(shí)間浪費(fèi)。

二、3D打印技術(shù)為中職教學(xué)方式的改革

3D打印技術(shù)在教育中的應(yīng)用一直受到研究者的廣泛關(guān)注。與歐美國(guó)家相比，中國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)的制造業(yè)國(guó)家。3D打印技術(shù)不僅帶來創(chuàng)意思維的變革[3]，也顛覆了整個(gè)領(lǐng)域。因此，3D打印在我國(guó)中等職業(yè)教育中的應(yīng)用是一場(chǎng)革命。教學(xué)是一個(gè)雙向的過程：教師的交流和學(xué)生的接受，形成一個(gè)完整的教學(xué)鏈條。3D打印技術(shù)對(duì)教學(xué)的影響不僅是教具的更新，更是教學(xué)思想、教學(xué)方法和教學(xué)模式的變化。3D打印技術(shù)不僅是一種技術(shù)，更是一種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，中等職業(yè)教育作為制造業(yè)人才培養(yǎng)的起點(diǎn)，應(yīng)適應(yīng)這一變化，完成自身的轉(zhuǎn)型。

三、3D打印教學(xué)應(yīng)用模式

3.1教學(xué)實(shí)施過程概述

基于3D打印技術(shù)的教學(xué)實(shí)施過程包括六個(gè)核心模塊：?jiǎn)栴}情境創(chuàng)設(shè)、3D模型設(shè)計(jì)、3D模型構(gòu)建、3D模型打印、教學(xué)開發(fā)和教學(xué)評(píng)價(jià)。教學(xué)實(shí)施過程依次分為六個(gè)模塊。在創(chuàng)設(shè)問題情境的過程中發(fā)現(xiàn)問題后，學(xué)習(xí)者在解決問題的任務(wù)情境下設(shè)計(jì)并構(gòu)建3D模型。然后，打印物理3D模型，通過課堂互動(dòng)中的展示、討論和應(yīng)用活動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證和修改，解決實(shí)際問題。最后，通過評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，提煉設(shè)計(jì)技巧，完善設(shè)計(jì)理念，提高學(xué)習(xí)者的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

3.2核心模塊分析

（1）問題情境創(chuàng)設(shè)

對(duì)學(xué)習(xí)者來說，創(chuàng)設(shè)問題情境可以激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。從學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容出發(fā)，創(chuàng)設(shè)一個(gè)有興趣、有探索、有延伸的問題情境，幫助學(xué)習(xí)者獨(dú)立學(xué)習(xí)、相互合作，將有效激發(fā)學(xué)習(xí)者強(qiáng)烈的問題意識(shí)和動(dòng)機(jī)，有助于激發(fā)學(xué)習(xí)者的深入思考、探究欲望和研究熱情。同時(shí)，可以發(fā)掘?qū)W習(xí)者的設(shè)計(jì)靈感，創(chuàng)作出既有價(jià)值又令人耳目一新的新作品。對(duì)于教師來說，幫助學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)一個(gè)高質(zhì)量的問題，激發(fā)學(xué)習(xí)者的求知欲望，將為后續(xù)教學(xué)活動(dòng)的順利開展打下基礎(chǔ)。

（2）三維模型設(shè)計(jì)

在創(chuàng)設(shè)問題情境階段后，學(xué)習(xí)者在受到問題的刺激后，思維得到了激活和活躍。這一階段是最敏感、最容易出現(xiàn)創(chuàng)新思維的階段。在設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)者遵循設(shè)計(jì)原則，滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化需求，解決實(shí)際問題。教師針對(duì)學(xué)習(xí)者在設(shè)計(jì)過程中存在的問題實(shí)施個(gè)性化指導(dǎo)，幫助學(xué)習(xí)者在模型構(gòu)建的早期階段降低設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的概率。

（3）三維模型打印

模型打印主要由3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)。學(xué)習(xí)者只需將數(shù)字三維模型數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺S打印機(jī)上，然后選擇匹配的打印介質(zhì)，并根據(jù)打印要求設(shè)置打印機(jī)參數(shù)，即可輕松方便地完成模型打印。

3.3課堂應(yīng)用和教學(xué)評(píng)價(jià)

將打印的三維模型應(yīng)用于課堂，教師通過課程設(shè)計(jì)科學(xué)合理地安排模型應(yīng)用的時(shí)間和地點(diǎn)，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造一個(gè)寬松、自由的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過模型展示和課堂互動(dòng)，學(xué)習(xí)者可以充分地進(jìn)行交流和互動(dòng)，討論模型中存在的問題。最后，通過評(píng)價(jià)模塊驗(yàn)證了模型的可用性，驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。教師對(duì)模型給予反饋，引導(dǎo)模型再次修改，學(xué)習(xí)者進(jìn)行自我評(píng)價(jià)和相互評(píng)價(jià)，不斷完善模型。

四、總結(jié)

三維（3D）打印技術(shù)是一門新興的技術(shù)，其在中職教師教學(xué)中的應(yīng)用將是一個(gè)長(zhǎng)期關(guān)注的問題。根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的特點(diǎn)，整合各利益相關(guān)者資源，開展中職教師學(xué)習(xí)應(yīng)用3D打印技術(shù)普及工程，本文通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)3D打印技術(shù)在中職教學(xué)中的應(yīng)用，同時(shí)也分析了3D打印教學(xué)應(yīng)用模式。中職院校作為培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的高素質(zhì)勞動(dòng)者和技能型人才的基地，有必要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，推廣應(yīng)用3D打印技術(shù)，進(jìn)一步的探索3D打印技術(shù)在中職教學(xué)中的重要作用。中職教師作為知識(shí)傳授的主體，需要掌握3D打印技術(shù)正確應(yīng)用的規(guī)律，并在教學(xué)中正確應(yīng)用3D打印技術(shù)[4]，從而有效提高教學(xué)效率。

參考文獻(xiàn)

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作者單位：湖南省瀏陽(yáng)市龍伏鎮(zhèn)春田社區(qū)